为深入研究膏体充填工作面充填体对顶板的作用效果及不同因素对顶板下沉量的影响规律，以韦三煤矿综采膏体充填工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的研究方法，研究了顶板与充填体的空间作用关系，探究工作面长度（140~200m）、采高（1.5~3.0m）、充填体强度（2.0~3.5MPa）和充填率（80%~95%）对顶板下沉的影响，分析不同因素对顶板下沉的影响规律，确定其关键影响因素。通过极差分析法确定各因素的权重，并结合实际情况进行权重修正。结果表明：通过理论分析得出，当初始开采顶板初始接触至充填体时，其顶板跨度为1.82m，随着工作面的不断推进，顶板与充填体接触面积增大，其顶板下沉值趋于最大值，为0.333m。工作面长度和采高的增加会引起顶板最大下沉值的增大，增幅分别为11.8%和101.9%；充填体强度及充填率的增加则会引起顶板最大下沉值的减小，降幅分别为29.1%和22.7%。通过极差分析法得到各因素影响权重，采高为关键影响因素，权重占比49.7%，次要影响因素为充填体强度、充填率与工作面长度，权重占比分别为22.8%、16.2%和11.3%。

传统工作面全站仪导线测量需多人协同作业，操作繁杂且效率不高，这使得综采工作面三维地质模型的动态更新面临困难，最终限制了自适应截割技术的应用推广。基于此，提出一种基于煤岩界线地质编录装置的地质模型动态修正技术。首先，系统收集工作面包含物探、钻探、补充勘探成果以及巷道开拓布置信息等多源地质数据，构建高精度的工作面初始化三维地质模型；其次，运用自主研发的轻便型地质编录装置，对综采工作面当前回采位置的煤岩界线展开高效测量，精确获取煤层顶底板煤岩分界点的绝对大地坐标；最后，将实测的煤岩分界点数据导入初始化地质模型，借助拓扑关系分析、空间数据插值以及TIN 模型重构等技术完成模型动态修正，达成当前回采位置前方一定范围地质体的“透明化”。该技术在金凤煤矿综采工作面的应用显示，其能够有效满足智能化开采中自适应割煤的工程需求，为工作面高效精准回采提供核心地质数据支持。

为了实现带式输送机根据煤流量进行智能调速，进而达到节能降耗、减缓设备磨损的目标，文章研究了一种基于算法模型的带式输送机煤流量监测与智能调速系统。该系统集成了算法模型技术，能够实时捕捉并分析胶带上的煤流图像。通过采用U2-Net算法，系统能够对图像进行精确分割和识别，从而计算出煤流量。基于这一数据，系统能够依据预设的最佳运行调速策略，智能调节带式输送机的运行速度，从而达到在确保运输效率的同时，最大限度地减少能源消耗。

为解决坚硬顶板下切顶留巷围岩控制难题，通过理论分析、数值模拟和工程实践，建立了切顶留巷顶板覆岩运移力学模型和厚硬直接顶切顶卸压沿空留巷数值模型，明晰了沿空留巷围岩破坏机制，对比不同参量下超前预裂卸压效果，分析了不同切顶参量的留巷围岩应力响应特征，研究了留巷围岩应力随工作面回采的演化规律。研究表明: ①顶板侧向悬臂梁的长度与状态是影响围岩稳定性的关键因素，切顶作用可使顶板弯矩大幅下降，采空侧顶板下沉量降至未切顶时的11.4%，且在厚硬顶板分层垮落条件下，支护平衡结构能有效控制巷道变形，确定了“顶板卸压+围岩强化协同控制”的控制方向；②分析了不同切顶角度和高度参量对围岩应力的响应特征，得到了采动影响下沿空留巷围岩全时段垂直应力与偏应力的动态迁变特征，明确了留巷实体煤帮应力峰值与切顶角度及高度均呈先陡后缓的负相关关系；③提出了“顶板卸压强锚+实体煤帮深锚固帮+回采帮挡矸撑顶”的控制对策，现场工程应用结果表明，在切顶卸压和补强支护协同控制方式下，留巷围岩位移变化率低，锚索受力稳定，围岩控制效果良好。

以平安堡矿为工程背景，通过现场开挖后的巷道二次应力实测、岩体力学参数测试及数值模拟分析。测得最大主应力σ_max=6.68 MPa，为自重应力的2.56倍；其次借助FLAC^3D位移反演，明确巷道开挖后二次应力场分布，确定水平应力分别为σ_x=5.0MPa，σ_y =4.0MPa，最后提出注浆加锚杆、索支护方案，现场实践测得顶板移进量从300mm降至239mm，降幅达21%，底鼓量由226mm减少至115mm，降幅49%，有效控制高应力巷道变形严重问题。

地面L 型井抽采卸压瓦斯是煤矿区瓦斯抽采的重要技术手段。针对当前地面L 型水平井瓦斯抽采中存在的抽采效率低、成井困难、井斜控制难度大等问题，分析了L型水平井瓦斯抽采技术原理，总结出井位部署、钻完井关键技术、负压抽采技术三项核心要点。基于瓦斯运移规律，优化了L 型井平面布置范围；构建了包含三开、二开井身结构设计、井眼轨迹精细控制、防托压定向钻进、双层筛管完井及分段洗井、强化固井等技术的钻完井技术体系；结合卸压瓦斯抽采特征，提出“分—总”与“总—分”两种负压抽采模式及分阶段调控策略，采用“保流量、变负压”动态控制方法，并对淮北矿区应用效果进行实证分析。结果显示，涡北煤矿单井累计抽采瓦斯纯量达2.7×106m³，朱仙庄煤矿L型井群日抽采纯量最高5875m³，保障了工作面安全回采。研究表明，未来该技术需在设计参数精准化、轨迹控制智能化、大位移钻进工艺突破、抽采管理数字化及井地联合抽采模式创新等方面深化发展。

为明确房柱式采空区下伏煤层遗留群柱在上覆遗煤蹬空开采扰动下的稳定性动态演化机制，以三道沟矿浅埋薄煤层蹬空开采为工程背景，综合采用理论分析与数值计算方法，系统探究了上覆遗煤蹬空开采条件下遗留煤柱的偏应力场演化规律及塑性区扩展特征。研究结果表明：5^-2煤层房柱式回采遗留煤柱的安全系数达1.541，具备长期稳定特性；5^-2煤层遗留群柱的破坏特征空间分布呈“O”形，采空区中心区域煤柱的稳定性显著低于边界区域煤柱，其失稳易诱发整体群柱失稳；5^-2煤层房柱式开采遗留煤柱的偏应力场分布及塑性区扩展主要由本煤层回采参数主导，且5^-2煤层房柱式开采尺寸越大，其遗留煤柱稳定性受4^-4 煤层蹬空开采的扰动作用越显著。

针对冲击危险孤岛工作面矿压显现剧烈这一技术难题，以3203孤岛工作面为工程背景，综合采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法，系统研究该工作面回采至见方前后的应力演化特征，重点分析液压支架支护强度的影响规律并评估其适应性。研究结果表明：相邻采空区上覆岩层载荷向孤岛工作面转移，形成显著的应力增高区，经计算得出工作面冲击危险性系数为0.75，存在中等冲击失稳风险；当工作面推进至见方位置时，超前支承压力峰值达27.0MPa，最大影响范围约50m；液压支架支护强度与顶底板移近量呈负相关，当支护强度达到1.1MPa时，顶底板移近量显著减小并趋于稳定。现场监测数据表明，选用的ZF9000/18/34D 型液压支架支护效果良好，来压期间支架平均工作阻力为7260kN，最大工作阻力为8527kN，有效保障了工作面安全高效回采，可为类似工程条件下液压支架适应性研究提供参考。

以沙曲煤矿4303工作面为工程背景，针对巷道挡矸结构抗弯曲能力不足，对工字钢和可缩U 型钢挡矸支护结构进行对比研究。通过理论分析、数值模拟和现场应用等方法，对矸石护帮挡矸支护结构进行对比。首先，通过理论分析的方法明确挡矸结构的受力机制，将挡矸结构等价于简支梁结构，建立挡矸结构力学模型，对比分析两种挡矸结构抗弯曲能力。其次，运用ABAQUS数值模拟软件建立工字钢和可缩U型钢挡杆结构模型，对比相同受力状态下的工字钢和可缩U型钢挡矸结构的弯曲特征，对比不同搭接长度的可缩U型钢挡矸结构的弯曲特征，结果表明：可缩U型钢挡矸结构比工字钢挡矸结构具有更好的抗弯性能，增大搭接长度可以提高挡矸结构的抗弯性能。最后，在以上研究的基础上，提出了合理的可缩U型钢挡矸结构现场设计方案。

针对煤矿井下带式输送机在潮湿、高温、多尘环境下长期运行易发生故障，导致停机频繁、成本增高的问题，提出一种基于云边协同与持续学习AI架构的智能监测与控制系统。通过融合计算机视觉、设备控制与大数据分析技术，研发了用于煤流运输异常监测的算法模型，构建了可视化的智能监测管理系统，实现了基于实时煤量的输送机智能调速、损伤跟踪、异常预警与处置的闭环管控。在核桃峪煤矿等现场的工业应用表明，该系统实现输送带速度测量误差低于±2%，煤量统计误差小于±5%，输送带空载率降低30%，年节电约15万(kW·h)/km，托辊更换周期延长40%；同时减少巡检人员10人次/ d，非正常停机时间缩短15min/d，年创造直接经济效益200万元、间接效益1000万元。该系统显著提升了带式输送机运行的可靠性、经济性与智能化水平，为煤矿高效绿色运输提供了关键技术支撑。

为了准确动态获取井下测风站的风速风量，研制了一套巷道拟人化测风系统。该系统以电机为驱动力，以机械风表为测风手段，协同控制器、显示牌、报警器、摄像仪实现风表自动计数、回零与六线法测风，风表表盘AI智能识别，测风结果井下井上同步发布。测风装置主体是以碳纤维为主材的单一支撑悬臂梁结构，具备重量轻、易安装、好收纳特点；通过研制矿用本安执行器，实现了机械风表计数和回零的无线自动控制；基于风表与电机的动态几何关系，建立了“风表轨迹→电机转动行程”逆解算的数学模型，实现风表自动六线测风。该系统在慈林山和砚北煤矿进行了工业性试验，以示踪气体风量测定的结果作为标准值，分析了装置测风替代人工测风的可行性：装置测风结果与示踪气体风量测定的结果在变化趋势上保持一致，测风平均误差小于5%，拟人化测风系统可取代人工测风，实现“一键测风”，准确动态获取巷道全断面风速。

为揭示双掩护式固体充填开采中矸石充填空间的围护机理，采用理论分析与EDEM 数值模拟相结合的方法，构建了充填空间围护几何模型，系统探究充填高度、多架依次落料过程及落料步距对充填体堆积状态的影响规律。结果表明：①构建了双掩护式固体充填开采的充填作业与空间围护模型，提出充填体体积计算方法，明确了单个充填步距下充填体积与工作面长度、支架中心距、充填步距、充填高度、矸石自然安息角及落料口尺寸的量化关系；并以禾草沟煤矿为例，基于该计算方法，得出“采高2.6m、充高1.2m”“采高3.8m、充高2.5m”两种典型工况下的矸石年充填量。②充填高度增加可显著扩大矸石堆积范围, 但对堆积角影响极小，当充填高度从1.0m增至1.2m时，矸石堆积范围直径从3.32m 扩大至3.82m，而堆积角仅从28.7°微增至28.9°。③通过沿工作面多架依次落料及推进方向落料步距的数值模拟，验证了所建充填空间围护几何模型的合理性，证实了充填过程中“沟”“壑”现象的存在，为双掩护式固体充填高效工艺设计提供了理论依据。

为了构建一种“机理约束-数据驱动”的冲击地压智能预警模型，实现危险性的“地点-时间-强度”一体化预测。基于多源异构数据，建立了融合实时监测、开采技术、煤岩体强度及地质条件的多参量指标体系，并引入时序与空间参数构建时空耦合预警模块。通过数据归一化、K-means聚类补全及主成分分析进行特征处理，分别采用L2正则化多元线性回归、BP神经网络及RNN-GRU神经网络构建预测模型并进行对比。结果表明：L2正则化模型可解析各因素权重，支撑机理研究与单指标预警；RNN-GRU模型凭借门控循环单元显著提升了对时序动态特征的捕捉能力，结合测点位置编码与改进K-means聚类，实现了冲击危险的时空分布预测。在呼吉尔特矿区现场应用中，该模型预测震级与实际接近，时间误差小于2.5h，位置误差小于50m，综合准确率达85%，为冲击地压智能预警提供了可靠方法。

缓倾斜煤层工作面开采进入断层影响区后，支架受力分布不均，回采巷道围岩变形剧烈且破坏严重。为系统揭示该区域工作面覆岩的差异化破坏规律，以枣泉煤矿250602 工作面为工程背景，采用理论分析、UDEC数值模拟与现场实测相结合的研究方法，根据工作面与断层的空间位置关系，将覆岩结构简化为两端固支梁、一端固支一端简支梁、悬臂梁这三种力学模型，并基于叠加原理求解各模型的顶板挠度解析解，引入屈曲校核准则判定顶板屈曲失稳特性。在此基础上，通过UDEC离散元数值模拟，从覆岩“两带”发育高度、基本顶下沉量及覆岩破坏形态等维度开展对比分析，系统揭示断层影响区缓斜煤层工作面覆岩破坏的演化规律。研究结果表明，当工作面位于断层上盘侧进行开采时，基本顶下沉量较常规开采显著增大，断层影响区岩层垮落形态呈“堆砌”状；当工作面位于断层下盘侧开采时，基本顶下沉量进一步增大，断层区域呈现出整体滑移破坏特征。现场顶板钻孔窥视测试结果与数值模拟结果基本吻合，验证了研究方法的可靠性。

研究煤体灾变破坏时力学特征响应机制对维持煤矿开采稳定性具有重要意义。以大尺寸煤体为研究对象，开展常规三轴压缩试验，监测不同围压下煤体力学行为，发现煤体亚失稳阶段出现条件及规律，并揭示了三轴压缩下煤体破坏机制。结果表明：全应力-应变曲线5个阶段阈值随围压增大而增加，峰值应变与围压相关性较高。幂律方程对煤体灾变加速增长阶段轴向应变率拟合效果较好。试验环境接近煤体地下真实状态时，亚失稳才会出现；准静态与准动态阶段约占亚失稳总时间的37.5%、62.5%，准动态阶段应力与径向应变演化更为剧烈。残余强度的敏感性高于峰值强度，随着围压增大强度衰减系数逐渐降低。同时煤体以剪切破坏为主并伴有张拉破坏，不同位置裂缝宽度有所不同。

井巷风速精准感知是实现智能通风系统的核心环节，但目前矿山井巷受湍流扰动引起的气流波动影响，风速监测结果存在较大误差。为了消除这种误差，提出了一种井巷风速自适应精准感知算法。该算法通过预测和更新步骤，结合自适应调整模型误差，持续优化风速估计，减少数据噪声，从而消除湍流的影响。对0.15、0.50、2.00、5.00、10.00和15.00 m/s六种井巷风速开展连续600s监测，并利用算法修正监测数据。分析结果表明，该算法修正后的数据与监测数据相比，能够显著接近期望值，准确性分别提高了73.56%、65.04%、56.24%、61.38%、71.04%和69.63%。这一算法为智能通风系统提供了精准可靠的数据支持，推动了矿山智能化的发展。

针对目前工作面回采落煤瓦斯涌出预测准确率低的问题，以寺河煤矿5304工作面回采落煤瓦斯放散过程为研究对象，基于达西渗流定律和朗格缪尔等温吸附定律，构建了工作面采落煤块基质-裂隙结构下多孔介质内部瓦斯非稳态解吸渗流控制方程组。利用FLUENT求解器对不同尺寸的球状、立方体、圆柱状煤块瓦斯放散过程进行了数值模拟，采用分离变量法建立了以当量直径、表面积与体积比值、放散时间为主控变量的多尺寸多形状煤块瓦斯放散速率通式。在此基础上结合采煤机割煤与刮板输送机运煤过程，引入了用于表征采煤机割煤与刮板输送机运煤等宏观作业过程的工作面内回采落煤时空分布数学模型，构建了工作面回采落煤瓦斯涌出量预测模型。基于预测模型计算得到5304工作面回采落煤瓦斯涌出量为1.21m³/min。采用基于风量瓦斯平衡原理的工作面分段测定法测得，5304工作面回采落煤瓦斯涌出量为1.10m³/min，预测结果与实测结果之间相对误差为10.96%，验证了工作面回采落煤瓦斯涌出量预测模型的现场实用性。

在煤矿巷道掘进过程中，全断面隧道掘进机（TBM）的掘进路径可能会因环境的不确定性和复杂性而偏离预定轴线。为了提升TBM位姿预测的准确性，提出了一种基于优化深度学习算法的TBM掘进位姿预测模型, 对收集的TBM 掘进参数进行数据提取与清洗，利用卷积神经网络（CNN）提取数据的空间特征, 利用双向长短期记忆网络（BiLSTM）学习数据的时间依赖关系。为进一步优化模型性能，采用融合正余弦和柯西变异的麻雀优化算法（SCSSA）优化CNN-BiLSTM 模型的超参数。结果表明，优化后的模型在多个误差指标上表现显著提升，包括平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）、均方误差（MSE）和均方根误差（RMSE），同时相关系数（R）和决定系数（R2）等性能指标也有所提高。具体来说，SCSSA-CNN-BiLSTM模型在预测TBM掘进的滚动角、俯仰角、方位角和水平偏差等位姿参数时，决定系数R2可以达到0.9982、0.9944、0.9936和0.9865，验证了该模型在煤矿巷道TBM掘进位姿预测中的高效性和准确性。

针对厚煤层采空区遗煤自燃防控难题，本研究开发了以MgCl₂ -Vc-SDS为核心的长效复合阻化液。实验表明：优化配比（MgCl₂ 7.5%、Vc2.5%、SDS0.025%）显著提升煤自燃临界温度，CO和C₂H₄产生温度分别延迟10℃和20℃，平均阻化率达53%；阻化液接触角降低35%，反向渗吸高度为纯水的1.5倍，润湿性能显著增强。长效阻化性能测试验表明，20d内阻化率波动3.6%~5.4%。热重与红外分析证实阻化液通过物理隔氧与化学改性双重作用，使煤样临界温度提升22℃、干裂温度提高35.9℃，含氧官能团减少18%，羟基增加18%，形成“物理隔氧-化学抑制”双重阻化机制。

为提高煤岩裂隙检测的精准性，研究了最新目标检测算法YOLOv10的架构设计原理及关键功能模块，从效率和精度的角度总结了其对于裂隙检测任务的显著优势，如双标签分配策略、效率驱动的模型设计（包括轻量级分类头、空间-通道解耦下采样、基于排序引导的模块设计）以及基于精度导向的模型设计（如大核卷积、部分自注意力模块）。对于煤岩裂隙检测任务中细小裂隙难以捕获的问题，通过采用动态上采样DySample替换原上采样层，使用小波卷积层WTConv替换C2f-BottleNeck，并采用Focaler-IoU损失函数，针对性地改进了经典YOLOv10的架构。改进后的YOLOv10算法适用于识别复杂裂隙煤岩试件动态裂隙的智能检测。实验结果表明，该模型在自制的CTRock数据集上表现出色，在Precision、Recall、mAP0.5、mAP0.5:0.95指标上分别达到了92.3%、93%、98.1%、85.1%，均优于原YOLOv10算法，能够快速检测煤岩CT图像不同发育特征裂隙，满足煤岩体裂隙检测的要求。

针对井塔结构抗震设计的难题，采用理论分析方法，研究了对桩、土、井筒和井塔相互作用机制下井塔结构的地震响应。首先，基于Winkler地基梁理论、Penzien集中质量理论及基础振动半空间理论，构建了体系的理论模型。然后，结合结构动力学理论，建立地震作用下时域内的动力学运动方程，并基于MATLAB，开发了井塔结构地震响应分析求解系统。最后，以大型矿山桩-土-井筒-井塔体系为研究对象，对比分析了场地类别、地基及基础形式和地震波等因素对井塔结构地震响应的影响。研究表明：Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ类场地类别下，塔层加速度增大系数分别集中在1.72~2.12, 1.23~1.71和1.02~1.51。场地越软，井塔的塔层加速度增大系数越小。设计桩筏基础井塔时，需要考虑桩-土-井筒-井塔相互作用的影响，从而确保井塔结构的稳定性和安全性。

为了掌握地表形变与土壤侵蚀之间的关系，科学评估矿区生态环境退化、指导水土保持工作、推动土地复垦精细化管理，以鄂尔多斯多矿型复合采动区为研究对象，利用差分干涉合成孔径雷达（D-InSAR）技术和修订的通用土壤流失方程（RUSLE）提取2018—2021年各季度的地表形变量和土壤侵蚀速率，分析其时空演化特征，并探讨地表形变是否会促进土壤侵蚀。结果表明：2018—2021年研究区内累计形变量呈上升趋势，形变区2和形变区3的形变最为剧烈，四年间累计最大形变量为1.04 m和1.06m；研究区土壤侵蚀速率呈现明显的季度性变化，第三季度是土壤侵蚀强度的高峰（26. 51 t/ （hm2·a）），也是矿区水土流失治理的关键时期；山地井工开采对土壤侵蚀的影响并非始终增强，在一定情况下沉陷反而可能起到抑制作用。露天采矿显著加剧土壤侵蚀，并在形变区内引发更强烈的侵蚀响应。研究结果可为矿区土壤侵蚀防治和生态修复提供科学依据。

为了增强防冲支架防冲让位性能以减轻因深部开采可能导致的冲击地压危害，将原有预折纹构件加强为一种新型预折纹构件。通过数值模拟，对比了加强前后构件竖向压缩下的反力变化与应变演化，研究了肋板、内嵌管和圆箍厚度对构件吸能性能的影响规律，采用了NSGA-Ⅱ遗传算法对厚度进行优化求解，最终确定了最优尺寸：肋板厚度为3.00mm，内嵌管厚度为2.45mm，圆箍厚度为4.31mm。与原构件相比，优化后构件能量吸收性能更好且反力波动更平稳，应用于支架能更好地实现防冲让位效果，研究结果可为防冲吸能构件设计提供有益参考。